EINFÜHRUNG
Ibuprofen gehört zur Gruppe der nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAID), die zur Behandlung verschiedener Entzündungsprozesse, Schmerzen oder Fieber eingesetzt werden. Der Mechanismus, der den Wirkungen von Ibuprofen zugrunde liegt, beruht auf der Hemmung der Cyclooxygenase (COX)-Aktivität, die für die Prostaglandin (PG)-Synthese erforderlich ist.1 PG werden aus der von der Plasmamembran stammenden Arachidonsäure gebildet, und die lokale PG-Produktion hat hormonähnliche Wirkungen. In menschlichen Geweben werden zwei COX-Isoformen exprimiert: Die konstitutiv exprimierte COX-1-Isoform kommt in den meisten Geweben vor, während die COX-2-Isoform während der Entzündungsreaktion stark induziert wird, einschließlich pathologischer Zustände wie chronische Entzündungen und Dickdarmkrebs.2 Von den verschiedenen COX-2-abgeleiteten Produkten werden die höchsten PGE2-Spiegel in Tumoren gefunden und beeinflussen verschiedene Prozesse, einschließlich Zellproliferation und Apoptose.3 In der normalen Physiologie spielt PGE2 eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Magen-Darm-Schleimhaut und reguliert Prozesse wie Schleimsekretion und Blutgefäßerweiterung.4 Daher kann eine verlängerte NSAID-Behandlung zu Nebenwirkungen führen, einschließlich Darmblutungen. Die meisten NSAID, einschließlich Ibuprofen, hemmen beide COX-Isoformen.
Die prophylaktische Einnahme von NSAID senkt nachweislich das Risiko, an Darmkrebs zu sterben.5-9 So zeigte beispielsweise eine tägliche Dosis von 300 mg Aspirin über einen Zeitraum von 10 Jahren eine statistisch signifikante Schutzwirkung.7,10,11 Eine ähnliche Risikoreduktion wurde bei einer täglichen Ibuprofen-Dosis von 200 mg8,11-19 für verschiedene Tumorarten festgestellt: Das Risiko für Dickdarmkrebs sank um 51 %, für Brustkrebs um 72 %, für Prostatakrebs um 62 % und für Lungenkrebs um 59 %.19
WIE VERHINDERT IBUPROFEN KREBS?
Es häufen sich die Hinweise, dass Entzündungen die Tumorgenese fördern,20,21 insbesondere wenn das Gewebe unter chronischen Entzündungsbedingungen steht. Innerhalb der Mikroumgebung des Tumors tauschen Entzündungszellen Signale mit Tumorzellen aus. Stromazellen sezernieren Überlebensfaktoren für Tumorzellen, während Tumorzellen Zytokine produzieren, die den proteolytischen Umbau der extrazellulären Matrix durch Stromazellen oder die Bildung neuer Blutgefäße auslösen.20,22 Ibuprofen hemmt die COX-Aktivität und die anschließende Bildung von proinflammatorischem PG; man nimmt an, dass diese Wirkung der chemopräventiven Wirkung von Ibuprofen zugrunde liegt. PGE2 aktiviert beispielsweise G-Protein-gekoppelte PGE2-Rezeptoren, die verschiedene Signalwege stimulieren, die an der Zellproliferation und dem Zellüberleben beteiligt sind.23,24
In diesem Artikel gehen die Autoren auf zusätzliche Wirkmechanismen ein, die unabhängig von der COX-2-Hemmung sind, mit dem Ziel, das Bewusstsein dafür zu schärfen, dass die klinischen Wirkungen von Ibuprofen durch mehrere zelluläre Prozesse vermittelt werden können. Die vorgestellten Belege wurden in der Suchmaschine PubMed mit dem Suchbegriff „ibuprofen AND cancer“ gefunden. Studien, die über COX-unabhängige Wirkungen berichten, einschließlich solcher, die im Labor der Autoren durchgeführt wurden, wurden für die Überprüfung ausgewählt.
Zusätzliche Mechanismen, durch die Ibuprofen TUMORZELLEN hemmt
Im Jahr 2015 überprüften Matos und Jordan25 die Behandlung von Krebszellen mit Ibuprofen. HCT-116-Kolorektalzellen exprimieren keine COX-2, aber die Behandlung mit 2 mMol/L Ibuprofen führte zu proapoptotischen Effekten.26 Ibuprofen in einer niedrigen Konzentration von 100 µMol wurde außerdem als direkter und COX-unabhängiger Ligand des Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptors gamma (PPARγ) identifiziert,27 und es wurde gezeigt, dass es dessen nukleare Aktivität in Rattenmodellen für die Bildung von Dickdarmkrebs stimuliert.28 Somit könnte die für Ibuprofen beobachtete proapoptotische Wirkung zum Teil aus der PPARγ-Aktivierung resultieren, die zu einer Herunterregulierung des antiapoptotischen Transkriptionsfaktors NFκB führt.28
Eine weitere COX-unabhängige zelluläre Reaktion nach einer Ibuprofen-Behandlung wurde unter Beteiligung von P75NTR, einem Mitglied der TNF-Rezeptor-Superfamilie, berichtet. Die Behandlung von Krebszellen mit 1 mMol/L Ibuprofen führte zu einer vom p38-Mitogen-aktivierten Proteinkinase-Signalweg abhängigen Stabilisierung der p75NTR-mRNA-Stabilität, was zu erhöhten Expressionswerten29 und zur Induktion von Apoptose und Wachstumsunterdrückung führte.30
Eine ähnliche apoptosefördernde Wirkung wurde bei HCT116-Zellen festgestellt, als sich herausstellte, dass eine Ibuprofen-Behandlung (1,5 mM für 24 Stunden) diese Zellen gegen den TNF-verwandten Apoptose-induzierenden Liganden sensibilisierte.31 Der zugrundeliegende Mechanismus beinhaltet die Expression des Membranrezeptors für den TNF-verwandten Apoptose-induzierenden Liganden: Todesrezeptor 5, ein weiteres Mitglied der TNF-Rezeptor-Superfamilie.
Es wurde ferner berichtet, dass eine Ibuprofen-Behandlung (1 mMol/L für 24 Stunden) die Kernwerte von β-Catenin in SW480- und DLD-1-Kolorektaltumorzellen signifikant reduziert. Dementsprechend wurde die Expression eines seiner Transkriptionsziele, des proproliferativen Gens Cyclin D1, unterdrückt.32 Obwohl der zugrunde liegende Mechanismus noch nicht geklärt ist, scheint diese Wirkung von Ibuprofen von besonderem Interesse für die Prävention von Darmkrebs zu sein, da eine übermäßige β-Catenin-Signalisierung zu einer unangemessenen Wachstumsstimulation von Stammzellen der Darmschleimhaut führen kann.33
Gleichzeitig mit der Wirkung auf die β-Catenin-Signalisierung griff Ibuprofen auch direkt in den NFκB-Signalweg ein. Eine schnelle Wirkung der Ibuprofen-Behandlung, die in den Zellen beobachtet wurde, ist die hemmende Phosphorylierung von GSK-3β an Serin 9.32 Es wurde festgestellt, dass diese Modifikation die NFκB-Signalgebung negativ reguliert, und zwar in einem Schritt, der dem Abbau des Inhibitorproteins IkBα nachgeschaltet ist, und die Expression von anti-apoptotischen NFκB-Zielgenen wie BCL2 und BIRC5 unterdrückt.
Weitere Beispiele für COX-unabhängige Wirkungen von 100 µMol Ibuprofen sind die Hemmung der Integrin-Expression in Neutrophilen34 oder die Caspase-vermittelte Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen in HCT-116- und HeLa-Zellen.35
IBUPROFEN, ALTERNATIE SPLICING, UND KREBS
Krebszellen unterscheiden sich in ihrem Genexpressionsprogramm von ihren entsprechenden differenzierten normalen Zellen. Neben der Transkriptionsregulation an den Genpromotoren haben die letzten 15 Jahre deutlich gezeigt, dass alternatives Spleißen ein wichtiger Mechanismus für die Regulation der Genexpression ist. So werden durch alternatives Spleißen Transkriptvarianten erzeugt, die entweder nicht funktionsfähig sind und schnell abgebaut werden oder aufgrund der unterschiedlichen Nutzung funktioneller Proteindomänen in Proteinisoformen mit unterschiedlichen, manchmal antagonistischen, funktionellen Eigenschaften übersetzt werden können.36,37
Kürzlich wurde die Hemmung der alternativen Spleißvariante RAC1b als eine weitere COX-unabhängige Wirkung von Ibuprofen identifiziert.38 Die Dickdarmentzündung wurde als ein Auslöser für die erhöhte Expression des tumorbezogenen RAC1b-Proteins, einer Spleißvariante der kleinen GTPase RAC1, nachgewiesen. Das RAC1b-Protein enthält eine zusätzliche Domäne, die von einem 57 Basenpaare langen alternativen Exon (Exon 3b) kodiert wird, das eine erhöhte Proteinaktivierung bewirkt und eine hyperaktive Variante erzeugt, die die NFκB-Signalgebung stimulieren kann.39-42 Bei der Behandlung kolorektaler Zellen mit Ibuprofen, nicht aber mit Aspirin oder Flurbiprofen, wurden sowohl die mRNA- als auch die Proteinkonzentration von RAC1b in vitro und in vivo deutlich reduziert.38 Während in vielen Studien zur Wirkung von NSAID auf die Lebensfähigkeit von Tumorzellen Konzentrationen von bis zu 2 mMol/L verwendet wurden,43 wurde die Wirkung von Ibuprofen auf das alternative Spleißen von RAC1b bei niedrigen Dosen von 100 µMol beobachtet. Interessanterweise hemmte Ibuprofen RAC1b-positive HT29-Kolorektalzellen stärker als normale Kolonozyten und beeinträchtigte auch deren Wachstum als subkutane Tumor-Xenografts in Mäusen. Die hemmende Wirkung von Ibuprofen konnte gerettet werden, wenn eine spleißunabhängige RAC1b cDNA-Sequenz in HT29-Zellen exprimiert wurde.38 Dies deutet darauf hin, dass Ibuprofen direkt auf das alternative Spleißereignis einwirkt.
Ein weiterer Bericht über die Modulation des alternativen Spleißens wurde erstellt, als Prostatakrebszellen eine kombinierte Behandlung mit Ibuprofen und Epigallocatechin-3-gallat (EGCG) erhielten, einem Bestandteil von grünem Tee mit antikarzinogenen Eigenschaften, der den G0/G1-Zellzyklusstopp und die Apoptose fördert. In diesem Fall wurde das Gleichgewicht zwischen anti- und proapoptotischen Spleißvarianten von BCL-X und MCL-1 zugunsten der kürzeren und proapoptotischen BCL-X(S)- oder MCL-1(S)-Varianten verschoben.44 Obwohl der Mechanismus nicht vollständig identifiziert wurde, beinhaltet er die Aktivierung der Proteinphosphatase PP1, von der bekannt ist, dass sie regulatorische Proteine dephosphoryliert, die am prä-mRNA-Spleißen beteiligt sind.
MECHANISMUS DER SPLEISSMODULATION DURCH IBUPROFEN
Wenn proteinkodierende Gene in menschlichen Zellen exprimiert werden, erzeugt die RNA-Polymerase 2 ein primäres Transkript, die prä-mRNA, die kodierende Exons enthält, die durch intronische Sequenzen getrennt sind. Während der Transkription werden konservierte Nukleotidsequenzen um jede Exon-Intron-Verbindung vom Spleißosom erkannt, einer makromolekularen Maschinerie, an der fünf kleine nukleare Ribonukleoproteinpartikel (U1, U2, U4, U5 und U6) beteiligt sind,45,46 die dann während des mRNA-Spleißvorgangs die Introns entfernen. Die Funktion des Spleißosoms wird durch Spleiß-Enhancer- oder Silencer-Elemente unterstützt, kurze Sequenzen, die sich in Exons oder Introns befinden und die produktive Erkennung eines bestimmten Exons durch das Spleißosom entweder fördern oder hemmen. Spleißfaktoren erkennen diese Spleißverstärker- oder Silencer-Elemente, die meist zur Familie der serin- und argininreichen Proteine oder zu den heterogenen nuklearen Ribonukleoproteinen gehören. Sie wirken oft antagonistisch, so dass die Modulation der Bindung einen Mechanismus bereitstellt, der den Einschluss oder das Skippen eines alternativen Exons und damit die Generierung von Transkriptvarianten ermöglicht. Insgesamt wirken die in einer bestimmten Zelle exprimierten Spleißfaktoren und ihre relativen Expressionsniveaus im Zellkern in einem kombinatorischen Modus, um das alternative Spleißen zu regulieren.
Im Fall von RAC1b wird das alternative Spleißen durch ein Enhancer-Element im Exon 3b reguliert, das vom Spleißfaktor SRSF1 erkannt wird, sowie durch ein benachbartes Silencer-Element, das von SRSF3 erkannt wird.47
In menschlichen Kolorektalzellen ist die Verfügbarkeit von SRSF1 im Zellkern der Hauptfaktor, der die Inklusion oder das Skippen von Exon 3b reguliert.48
Ein Mechanismus, über den Ibuprofen das alternative Spleißen in Zellen beeinflusst, ist der Phosphorylierungsstatus von SRSF1. Zellfraktionierungs- und Immunoblot-Experimente ergaben, dass die Behandlung mit Ibuprofen eine Verringerung der SRSF1-Phosphorylierung bewirkt (unveröffentlichte Daten). Im Gegensatz dazu hatte die Behandlung mit Aspirin keine derartige Wirkung auf SRSF1. Dies zeigte, dass die hemmende Wirkung von Ibuprofen auf das RAC1b-Spleißen mit einer posttranslationalen Regulierung der subzellulären Lokalisierung von SRSF1 zusammenhängt.48
Die wichtigste Proteinkinase, die für die SRSF1-Phosphorylierung verantwortlich ist, ist SRPK1, die sich sowohl im Zytoplasma als auch im Zellkern befindet.49,50 Dieser Prozess wird zum Teil durch Wachstumsfaktor-Rezeptor-Signale gesteuert.51 Wie in Abbildung 1 dargestellt und beschrieben, beobachteten die Autoren, dass die Ibuprofen-Behandlung eine Verlagerung von SRPK1 aus dem Zellkern in das Zytoplasma auslöste, was mit einer Verringerung der SRSF1-Phosphorylierung und des RAC1b-Proteins korrelierte, wie in Ganzzell-Lysaten durch Western Blot nachgewiesen wurde. Ein solcher Effekt wurde nicht beobachtet, wenn die Zellen unter den gleichen Bedingungen mit Aspirin behandelt wurden, was die COX-unabhängige Wirkung von Ibuprofen und die Spezifität seiner Wirkung auf die Modulation der Spleißfaktoren unterstreicht.